Ученые из Исследовательского института Скриппса и Pfizer Inc. опубликовали новое исследование, показывающее, как действует новый препарат под названием тафамидис (Виндакель). Тафамидис, одобренный для использования в Европе и в настоящее время рассматриваемый Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), является первым лекарством, одобренным крупным регулирующим органом для лечения амилоидного заболевания, класса состояний, которые включают болезнь Альцгеймера.
Тафамидис лечит смертельное нервное заболевание, вызванное образованием амилоидных фибрилл транстиретина (TTR) или накоплением аномальных сборок белка TTR. Препарат подавляет агрегацию TTR, и клинические испытания показали, что он замедляет типичное прогрессирование деструкции нервов у пациентов с полинейропатией.
"Подробности в этой новой статье в сочетании с данными клинических испытаний впервые показывают, что амилоидное заболевание можно успешно лечить, снижая скорость образования амилоида," сказал Джеффри В. Келли, заведующий кафедрой молекулярной и экспериментальной медицины, профессор химии Литы Анненберг Хазен и член Института химической биологии Скэггса в Scripps Research. Келли – старший автор новой статьи, которая появится в предварительном онлайн-выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 29 мая 2012 года.
Множество прогрессирующих симптомов
В то время как встречающиеся в природе или "дикий тип" белок транстиретин склонен к агрегации у пожилых людей, вызывая сердечные заболевания, различные дестабилизирующие мутации приводят либо к первичной кардиомиопатии, либо к ранним формам полинейропатии, известной как семейная амилоидная полинейропатия TTR, от которой страдают около 10 000 человек во всем мире.
Семейная амилоидная полинейропатия поражает периферическую и вегетативную нервную систему с симптомами, включая сенсорную депривацию и боль, мышечную слабость и истощение, а также чередование запоров и диареи. У некоторых пациентов с семейной амилоидной полинейропатией кардиомиопатия может проявляться позже в ходе заболевания.
При транстиретин-амилоидных заболеваниях, которые проявляются в основном как кардиомиопатия, врачи смогли предотвратить сердечную недостаточность с помощью трансплантации печени и сердца; Пациенты с семейной амилоидной полинейропатией, получающие трансплантат печени, могут получить пользу, поскольку печень является основным источником мутантного, связанного с заболеванием TTR. Для 90 процентов пациентов, переживших трансплантацию, эта хирургическая форма генной терапии замедляет прогрессирование семейной амилоидной полинейропатии, но не останавливает его, поскольку белок транстиретина дикого типа может продолжать образовывать амилоид.
При отсутствии лечения амилоидозы TTR неуклонно прогрессируют и неизбежно приводят к летальному исходу с течением около десяти лет от первых симптомов до смерти.
В поисках лечения
Келли начал поиск ингибиторов TTR-амилоидогенеза в середине 1990-х годов, а несколько лет спустя начал сосредоточиваться на семействе TTR-связывающих соединений, так называемых бензоксазолов, основная конструкция которых в дальнейшем будет преобразована в тафамидис с использованием структуры: основанная на парадигме дизайна лекарств. В 2003 году Келли стал соучредителем биотехнологического стартапа FoldRx Pharmaceuticals в Кембридже, штат Массачусетс (ныне полностью принадлежащая Pfizer), для разработки этих соединений и оптимизации одного из них в пероральный препарат для лечения амилоидозов TTR. Результатом стал тафамидис меглумин, доклинические испытания которого до сих пор оставались неопубликованными.
Келли и его коллеги разработали тафамид для связывания с естественной функциональной структурой TTR (мутантный и дикий тип) таким образом, чтобы предотвратить его отклонение от этой естественной функциональной формы в амилоидное состояние. Естественная функциональная форма TTR – это "тетрамер" сделан из четырех копий белка. Амилоидоз возникает, когда эти тетрамеры распадаются и отдельные белки TTR ("мономеры") претерпевают изменения формы, что позволяет им неправильно собираться в дисфункциональные амилоидные агрегаты. В распределение агрегатов TTR включены амилоидные фибриллы – белковые стеки, состоящие из миллионов мономеров TTR, – хотя исследователи подозревают, что более мелкие и более короткоживущие преамилоидные агрегаты наносят более непосредственный ущерб нервным клеткам и нервным волокнам.
Раннее начало амилоидоза TTR вызвано унаследованными мутациями TTR, которые ослабляют способность тетрамеров склеиваться, производя мономеры с большей вероятностью агрегации в амилоиды и другие агрегатные структуры. К счастью, тетрамер TTR, который является резервным переносчиком тиреоидного гормона тироксина через кровоток, имеет два незанятых участка связывания тироксина вдоль его самого длинного и самого слабого шва. Келли и его коллеги разработали тафамид, чтобы захватывать любой из этих сайтов связывания тироксина таким образом, чтобы перекрыть шов и не дать тетрамеру распасться.
Стабилизирующее влияние
Недавно опубликованные молекулярные и структурные данные показывают, что тафамид действительно стабилизирует тетрамеры TTR при нормальных физиологических условиях в кровотоке и даже в ненормальных условиях, когда они с гораздо большей вероятностью распадутся и снова соберутся в виде амилоидов. Тафамидис оказывает стабилизирующее действие на тетрамеры нормального "дикий тип" Белок TTR, а также белки, полученные из ассоциированных с заболеванием мутантных субъединиц и субъединиц TTR дикого типа.
"Существует более сотни мутаций TTR, вызывающих амилоидоз, но подавляющее большинство этих TTR способны связываться с тафамидами и удерживаться в естественном состоянии тетрамера," сказал Келли.
На протяжении всей разработки соединений типа тафамидиса Келли и его коллеги сотрудничали с исследовательской лабораторией Скриппса Яна А. Уилсон, профессор структурной биологии Хансена и член Института Скаггса в Scripps Research. Лаборатория Вильсона специализируется на использовании рентгеновской кристаллографии для определения атомных структур взаимодействующих белков. Каждый раз, когда генерировался низкомолекулярный стабилизатор TTR, обеспечивающий интересную биохимическую стабилизацию, команда Уилсона анализировала его структуру. "К концу мы определили более 30 структур низкомолекулярного стабилизатора TTR, чтобы получить тафамид и идентифицировать молекулярные взаимодействия, которые приводят к стабилизации природного тетрамера TTR," сказал Стивен Коннелли, штатный научный сотрудник лаборатории Уилсона, который выполнил эти структурные исследования и который был соавтором статьи.
Низкомолекулярный бензоксазол, тафамидис, который в конечном итоге вошел в клинические испытания, был оптимизирован по нескольким критериям, включая его способность стабилизировать самый слабый шов тетрамера TTR. "Мы обнаружили, что один конец структуры тафамидиса аккуратно входит в гидрофобный тироксин-связывающий карман тетрамера, в то время как на другом конце он связывается с соседними полярными аминокислотами, причем оба типа взаимодействий связывают или стабилизируют две половины тетрамера," Коннелли сказал. Стабилизирующая сила препарата значительно снижает скорость распада этих тетрамеров и, таким образом, значительно снижает скорость образования амилоида.
Тафамидис считается "сирота" лекарство, потому что его начальная группа предполагаемого лечения – это относительно небольшая популяция полинейропатии. Однако даже TTR дикого типа образует амилоид у 10-20 процентов растущего пожилого населения, что приводит к кардиомиопатии. Таким образом, это состояние и лекарства, такие как тафамид, которые могут его лечить, могут представлять растущий интерес для фармацевтической промышленности.